Bio énergie - Production de biomasse

La matière organique est convertie en une forme utilisable connue sous le nom de bioénergie. Les matériaux utilisés dans le processus de production d'énergie sont appelés matières premières.

Pour mieux comprendre la biomasse, nous explorerons d'abord les différentes sources.

La production de biomasse fait référence à l'augmentation de la quantité de matière organique. C'est l'ajout de matière organique dans une zone ou une population donnée. La biomasse est considérée comme une énergie renouvelable car elle est reconstituée à mesure que les plantes et les animaux grandissent.

Il existe deux formes de production -

  • Primary productionse réfère à la génération d'énergie par les plantes grâce à la photosynthèse. L'énergie excédentaire générée est stockée et s'ajoute à la biomasse totale de l'écosystème. La production primaire peut être estimée à partir du couvert forestier total au cours d'une année donnée.

  • Secondary productionest l'absorption de matière organique sous forme de tissus corporels par les organismes. Cela comprend l'ingestion par les animaux, c'est-à-dire l'alimentation, que ce soit sur d'autres animaux ou sur des plantes. Elle implique également la décomposition de la matière organique par des micro-organismes. La production secondaire peut être estimée comme la viande totale produite par an.

Bien que la biomasse puisse être mesurée comme la masse d'organismes vivants et morts dans un environnement donné, la production est plus difficile à estimer. Il ne peut être estimé que comme l'augmentation de volume, bien qu'une partie de la biomasse supplémentaire ait pu être remplacée par des processus naturels.

Combustion directe pour la chaleur

La combustion directe pour la chaleur est la méthode la plus ancienne de conversion de la biomasse en énergie depuis les premières civilisations. La conversion thermochimique (combustion) pourrait être réalisée de plusieurs manières en utilisant des matières premières variées.

Combustion autonome

Les générateurs à base de biomasse utilisent du diesel dérivé d'huiles végétales pour alimenter les générateurs diesel. Les générateurs brûlent le diesel organique pour produire de l'énergie pour produire de l'électricité.

  • Les centrales thermiques et électriques combinées sont connues pour cogénérer de l'électricité et de l'énergie thermique utile. Les industries de la céramique utilisent la chaleur pour sécher des produits tels que les carreaux d'argile.

  • Certaines centrales électriques utilisent la biomasse pour chauffer l'eau et produire de la vapeur pour la production d'électricité. La biomasse est brûlée pour produire suffisamment de chaleur pour faire bouillir l'eau.

  • Les usines municipales de traitement des déchets solides brûlent des déchets solides pour produire de l'électricité. Ce type est sujet à critique car les déchets solides contiennent principalement des gaz toxiques provenant de plastiques et de fibres synthétiques.

Co-combustion de la biomasse

Outre la combustion autonome, la biomasse pourrait être mélangée à d'autres combustibles fossiles et brûlée pour produire de l'énergie. C'est ce qu'on appelle le co-tir.

  • La biomasse pourrait être directement brûlée sous forme de charbon. C'est ce qu'on appelle la co-combustion directe.

  • Dans d'autres cas, la biomasse est d'abord transformée en gaz puis convertie en gaz de synthèse.

  • Le troisième cas est celui où le combustible fossile est brûlé dans un four différent et l'énergie produite est ensuite utilisée pour préchauffer l'eau dans une centrale à vapeur.

Types de combustion

Les différents types de combustion sont -

  • Fixed bed combustion - Il s'agit d'une méthode où la biomasse solide est d'abord coupée en petits morceaux puis brûlée sur une surface plane et fixe.

  • Moving bed combustion- Dans cette méthode, une grille est réglée pour se déplacer constamment et uniformément en laissant les cendres derrière elle. Le carburant brûle dans les niveaux de combustion.

  • Fluid-bed combustion- Le carburant est bouilli sous haute pression mélangé avec du sable. Le sable sert à répartir la chaleur uniformément.

  • Burner combustion - Dans cette méthode, la poussière de bois et la poussière fine sont placées dans un brûleur similaire à celui du combustible liquide.

  • Rotary furnace combustion- Un four à four est utilisé pour brûler des matières organiques à haute teneur en humidité. Des déchets tels que les résidus alimentaires ou autres déchets agricoles humides sont brûlés de cette manière.

Pyrolyse

Pyrolysisest une autre forme de traitement des biocarburants en brûlant à des températures très élevées sans oxygène, ce qui pourrait provoquer une combustion complète. Cela provoque des changements physiques et chimiques irréversibles. L'absence de processus d'oxydation ou d'halogénation conduit à un biocarburant très dense qui pourrait être utilisé en combustion, co-combustion ou converti en gaz.

  • Slow pyrolysisse produit à environ 400 ° C. C'est le processus de fabrication de charbon de bois solide.

  • Fast pyrolysisse produit entre 450 ° C et 600 ° C et produit du gaz organique, de la vapeur de pyrolyse et du charbon de bois. La vapeur est traitée par condensation sous forme liquide sous forme d'huile biologique. Cela doit être fait dans 1 seconde pour éviter toute réaction supplémentaire. Le liquide résultant est un liquide brun foncé plus dense que la biomasse de bois et a une teneur égale en termes d'énergie.

La bio-huile présente un certain nombre d'avantages. Il est plus facile à transporter, à brûler et à stocker. De nombreux types de matières premières peuvent être traités par pyrolyse pour produire de la bio-huile.

Le diagramme ci-dessous explique le processus de conversion d'énergie sous une forme utilisable à partir de biocarburants par pyrolyse.

Fermentation alcoolique

La fermentation alcoolique est le processus qui convertit les sucres en cellulose. Le processus aboutit à l'éthanol et au dioxyde de carbone comme sous-produits. Ce processus est considéré comme anaérobie car il se déroule en l'absence d'oxygène. Outre la cuisson du pain et la fabrication de boissons alcoolisées, ce processus produit du carburant alcoolisé. La formule chimique de la fermentation alcoolique est donnée par -

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} + levure \ longrightarrow \: 2C_ {2} H_ {5} OH + 2CO_ {2} $

La canne à sucre est la principale matière première de ce processus, en particulier dans les environnements secs. Le maïs ou les morceaux de sucre sont utilisés dans les régions tempérées.

Application des produits

Les produits ont les applications suivantes -

  • Acetone est un produit utilisé pour la production d'additifs alimentaires, de colle à dissolution, de dilution de peinture, de dégraissants et dans les produits cosmétiques.

  • Hydrogenest utilisé comme agent de refroidissement dans l'industrie électrique. Il est également utilisé dans les cellules à hydrogène pour la production d'énergie.

  • Butanolfournit un meilleur carburant que l'éthanol. Il est également utilisé comme ingrédient dans la peinture, les produits cosmétiques, les résines, les colorants, les extractions de polymères et dans la fabrication de fibres synthétiques.

  • Ethanolest utilisé comme carburant, composant de peinture et additif dans les antiseptiques. Il est également utilisé dans les boissons alcoolisées.

Digestion anaérobie du biogaz

Anaerobic digestionest le processus biologique par lequel la matière organique est décomposée pour produire du biogaz en l'absence d'oxygène. Les microorganismes tels que les bactéries acidogénétiques et les acétogènes transforment la matière biodégradable en biogaz. En plus d'être une source d'énergie, c'est aussi une méthode de dépôt de déchets et une technique de conservation de l'environnement.

La principale équation de cette conversion qui produit du dioxyde de carbone et du méthane est la suivante:

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} \ longrightarrow \: 3CO_ {2} + 3CH_ {4} $

Le processus étape par étape est expliqué ci-dessous -

  • Step 1- Décomposition de la matière organique en molécules importantes pour la conversion. Ce processus est connu sous le nom d'hydrolyse.

  • Step 2- Les acidogènes agissent sur la matière décomposée en les convertissant en acides gras volatils (AGV) aux côtés de l'ammoniac, du CO2 et du sulfure d'hydrogène. Le processus s'appelle l'acidogenèse.

  • Step 3 - Les AGV sont ensuite décomposés en acide acétique, dioxyde de carbone et hydrogène.

  • Step 4 - La dernière étape est la combinaison des émissions ci-dessus pour produire du méthanol, du dioxyde de carbone et de l'eau.